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华中科技大学胡敬平Micropor. Mesopor. Mater.:ZIF-8衍生氮掺杂空心碳纳米粒子包封纤维的制备及其在锂硫电池中的应用
2021/4/7 15:16:40 易丝帮

DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111000

具有高电导率和强大多硫化物固定能力的硫支架的简便合成对于高性能锂硫电池的开发起着重要作用。在此,以ZIF-8和聚丙烯腈为前驱体,研究者通过静电纺丝和碳化处理设计出一种由中空碳纳米颗粒(9wt%-CF)组成的新型N掺杂多孔碳纤维,作为硫支架。碳纤维骨架可提供较高的电导率,相互连接的空心颗粒可提供足够的空间以容纳主体活性材料并固定多硫化物。而且,N掺杂进一步改善了9wt%-CF与多硫化物之间的相互作用。结果表明,所制备的9wt%-CF/S正极在0.1C下的初始放电容量为1524 mAh g-1,在0.5C下进行200次充放电循环后的容量保持率高达83%,硫负载为1.9 mg cm-2。

 

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图1.ZIF-8衍生碳纤维/S样品的合成示意图。


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图2.PAN-FB(a),9wt%-FB(b),CF(d),9wt%-CF(c,e)和9wt%-CF/S(f)的SEM图像。


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图3.9wt%-CF(a,b),9wt%-CF/S(c)的TEM图像,9wt%-CF/S的STEM图像(d)以及C(e),N(f),O(g),S(h)的相应元素映射。


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图4.CF、8wt%-CF、9wt%-CF和10wt%-CF的XRD图谱(a)和拉曼光谱(c),(b)CF/S、8wt%-CF/S、9wt%-CF/S和10wt%-CF/S的XRD图谱,(d)CF、8wt%-CF、9wt%-CF和10wt%-CF的氮气吸附-解吸等温线和(e)孔径分布曲线,9wt%-CF的(f)C1s和(g)N1s高分辨率XPS光谱。


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图5.9wt%-CF/S(a)和CF/S(b)在不同速率下的电压-容量曲线,CF/S、8wt%-CF/S、9wt%-CF/S和10wt%-CF/S正极在0.2C(c)和0.5C(e)下的循环性能和倍率性能(d)。


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图6.(a)9wt%-CF/S在0.2mV/s下的CV曲线,(b)在0.2C下循环100次后CF/S和9wt%-CF/S正极的奈奎斯特图,(c)CF、8wt%-CF、9wt%-CF和10wt%-CF吸附的Li2S6溶液的UV-Vis光谱,(d)Li2S6和Zn(2-甲基咪唑)4团簇的优化原子构型,代表了由ZIF-8衍生的N掺杂碳的结构。


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